氮素胁迫下水稻高光谱特征研究

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1、2015年8月农机化研究第8期氮素胁迫下水稻高光谱特征研究王树文，郑博元，张长利(东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨150030)摘要:氮素是水稻生长发育的一种大量必需元素，需及时准确地监控水稻的氮营养状况。水稻的合理施肥对增产、优化品质、降低水污染具有重要意义。水稻营养状况遥感诊断技术具有简单、无损、快速等特点而得到各国专家的广泛研究和应用。本实验以方正水稻阳光4号品种为例，通过大田实验，利用高光谱遥感技术，采集6个施氮水平的水稻冠层水稻冠层图像，测定水稻冠层光谱反射率。结果表明:水稻冠层反射率与不同氮素含量有明显的相关性，从曲线图

2、中可以定性区分出严重缺氮、正常施氮及过量施氮。下一步将结合光谱曲线找出诊断水稻氮素营养水平的敏感波段，为日后水稻冠层氮素营养诊断模型奠定基础。关键词:水稻冠层;高光谱;光谱反射率;敏感波段中图分类号:S123文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0162－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.03622(50kg/hm)、N2(70kg/hm)、N3正常(纯氮100kg/0引言222hm)、N4(130kg/hm)、N5(150kg/hm)。针对严重近年来，随着水稻品种改良技术的发

3、展、水稻产缺氮、缺氮、适量氮、过量氮等状况，分别在底肥、返青量潜力水平的提高，以及各种水稻高产栽培技术的推期(插秧后3～5天)和拔节期(主茎穗长度5mm)按广，我国水稻产量稳步提高;但由于农民氮肥管理水40%、30%、30%施入。钾肥在底肥和拔节期分两次2平的差异，过量施肥和施肥不足的现象并存，施肥时等量均匀施入各小区氯化钾3袋/hm、过磷酸钙22袋/hm。每个水平有4个重复，共24个小区，如图1期不合理等问题突出，造成农田氮肥损失严重，氮肥［1］所示。该小区分布设计氮肥梯度大，水稻长势差异较利用率低下。目前，黑龙江地区水稻氮肥用量平

4、均2为明显。为150kg/hm，氮肥利用率18．5%～41．8%，平均为29．8%［2］。如何确定合理的施肥量和施肥时期，使供N0N3N1N2肥与水稻需肥规律相一致，是提高氮肥利用率的关N1N4N2N3键。作物氮营养状况的遥感诊断技术由于具有简单、N2N5N3N4无损、快速、可提高氮肥利用率、节省耕作成本等特点N3N0N4N5［3］而得到各国农学家的广泛研究和应用。本实验以N4N1N5N0方正水稻品种为研究对象，旨在找到适合当地水稻品种的冠层敏感波段，从而为今后建立营养诊断模型提N5N2N0N1供基础。图1方正水稻高光谱试验小区田间分

5、布Fig．1Distributionofricefieldforhyperspectralexperiment1实验部分试验开展时期及具体试验时间如表1所示。表1方正水稻高光谱试验时间1．1实验设计Table1Hyperspectralexperimentaltimeforrice实验在黑龙江省哈尔滨市方正水稻研究院内进取样时期具体试验时间行，以阳光4号作为实验研究对象。根据实验田水稻种植分布，设置6个施肥梯度:N0(不含氮)、N1分蘖期6月15日－6月20日拔节期7月10日－7月15日收稿日期:2014－10－29基金项目:国家“8

6、63计划”项目(AA2013102303);黑龙江省博士后抽穗期7月25日－7月30日启动基金项目(LBH－Q13022)1．2冠层图像采集作者简介:王树文(1975－)，黑龙江肇东人，副教授，博士，(E－mail)wswtr@163．com。实验采用的是美国Headwall公司生产的高光谱·162·2015年8月农机化研究第8期推扫式相机，如图2所示。应用其室外平台进行实续表2验，波段范围为400～1000nm。实验选择在天气晴朗水平Ⅰ水平Ⅱ水平Ⅲ水平Ⅳ无云或少云时进行，测量时间为10:00－15:00。为消19．03(N2)23．

7、80(N5)17．44(N3)23．66(N4)除部分噪声的影响，在进行图像采集前，需进行白板校正以及暗电流校正。在所选择的大田观测点进行21．27(N3)15．23(N0)20．94(N4)23．38(N5)拍照，对大田内小区进行推扫式图像采集，从而得到21．44(N4)17．10(N1)21．16(N5)15．21(N0)水稻的冠层图像。22．24(N5)19．23(N2)16．32(N0)17．88(N1)从小区所对应的NBI值可以看出:NBI和本实验施肥方案趋势大致一致，随着施氮量的增加，NBI有所增加;但是在到达一定水平之后

8、变化不明显。所以，本方案中6种施氮水平下的水稻具有显著的差异，方案设计合理，具有可行性。2．2阳光4号拔节期高光谱图像阳光4号拔节期高光谱如图3所示。图2美国Headwall公司高光谱成像仪Fig．2Hyperspect